扩散焊设备讲解

扩散焊
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第三节 扩散焊设备
一、扩散焊设备的分类及组成
（一）扩散焊设备的分类
低真空
真空度在10-1Pa以上
1.按真空度分类
中真空 高真空
真空度在10-1～10-3Pa ＜10-5Pa
低压、高压保护气体扩散焊机
根据焊件在真空中所处的情况，可分为焊件全部处在真空中的焊机 和局部真空焊机。局部真空扩散焊机仅对焊接区域进行保护，主要用 来焊接大型工件。
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四、典型材料的扩散焊
由于扩散焊的接头质量好且稳定，材料适用范围极广，特 别适于脆性材料、特殊结构的焊接。在航空航天、电子和 核工业等领域，许多零部件的使用环境苛刻，加之产品结 构要求特殊，设计者不得不采用特种材料，如为减轻重量 而采用空心结构，而且要求接头与母材成分、性能上匹配， 在这种焊接质量更为重要的情况下，虽然扩散焊的生产成 本稍高一些，但扩散焊成为优先考虑的焊接方法。目前， 扩散焊应用日益广泛，已逐步扩展到机械、化工及汽车制 造等领域。
要求：使被焊件之间达到紧密接触。高温下材料的屈服强度降低，为 避免焊件的整体变形，加压只是使接触面产生微观的局部变形。加压 系统分为液压系统、气压系统、机械系统、热膨胀加压等。在自动控 制压力的扩散焊设备上一般装有压力传感器，以实现对压力的测量和 控制。目前大多数扩散焊设备采用液压和机械加压系统。
一般采用真空保护。真空系统通常由扩散泵和机械泵组成。机械泵能 达到1.33 x 10-3Pa的真空度，加扩散泵后可以达到1.33 x 10-4～1.33 x 10-6Pa的真空度.真空室的大小应根据焊件的尺寸确定，真空室越大， 要达到和保持一定的真空度对所需真空系统要求越高。真空室中应有 由耐高温材料围成的均匀加热区，以保持设定的温度。真空室外壳需 要冷却。
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二、典型扩散焊设备及其技术参数 (一）电阻辐射加热真空扩散焊设备
电阻辐射加热真空扩 散焊机是目前最常用的 扩散焊接设备，结构原 理如图所示。真空室内 的压头或平台要承受高 温和一定的压力，因而 常用铝或其他耐热、耐 压材料制成。加压系统 一般采用液压方式，小 型焊机也可用机械加压 方式。加压系统应保证 压力均匀可调且可靠性 高。
控制系统主要实现温度、压力、真空度及时间的控制，少数设备还可以 实现位移测量及控制。温度测量采用热电偶，测量范围为20 ～ 2300℃， 控制精度范围为±（5～10）℃。压力的测量与控制通常是通过压力传 感器进行的。控制系统多采用计算机编程自动控制，可以实现焊接参数 显示、存储、打印等功能。
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2射加热
感应加热 接触加热 电子束加热 激光加热 辉光放电加热
电接触加热，当电极和工件表面接触时通过电阻 使工件表面局部快速加热
利用稀薄气体的辉光放电现象加热
扩散焊时，热源的选择取决于焊接温度、工件的结构形状及大小。 实际应用最广的是高频感应加热和电阻辐射加热两种方式。
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该类设备的主要特点是采用 Leybold 系列D40B真空机械泵 的全自动真空系统，加热、加 压和冷却采用数字程序控制， 能自动调节，有计算机接口； Honeywell UDC-2000数字指示 仪控制过热温度指示；由 Honeywell UDC-3000控制柱塞 行程，并进行数字显示。
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图3-11美国Workhorse 型真空扩散连接设备
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(二）感应加热扩散焊设备
图3-12是感应加热扩散焊 机示意图，由高频电源和感 应线圈构成加热系统，机械 泵、扩散泵和真空室构成真 空系统。对于非导电材料， 如陶瓷等，可以采用高频加 热石墨等导体，然后把工件 放在石墨管中进行间接辐射
加热。
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(三）超塑成形—扩散焊接设备
由压力机和专用加热设备组成。可分
为两大类：一类是由普通液压机与专 门设计的加热平台构成。加热平台由 陶瓷耐火材料制成，安装于压力机的 金属台面上。超塑成形--扩散用模具及 工件置于两陶瓷平台之间，可以将待 焊接零件密封在真空容器内进行加热。 另一类是压力机的金属平台置于加热 设备内。其平台由耐高温的合金制成， 为加速升温，平台内亦可安装加热元 件。这种设备有一套抽真空供气系统， 用单台机械泵抽真空，利用反复抽真 空一充氢的方式来降低待焊表面及周 围气氛中的氧分压。高压氢气经气体 调压阀，向装有工件的模腔内或袋式 毛坯内供气，以获得均匀可调的扩散 焊压力和超塑成形压力。
钛合金扩散焊时，钛表面的氧化膜 在高温下可以溶解在母材中，在 5MPa的气压下，可以溶解TIO2达 30％，故氧化膜不妨碍扩散焊的进 行。在相同成分的钛合金扩散焊的 接头组织中没有原始界面的痕迹。
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一、同种材料的扩散焊
（一）钛合金的扩散焊 钛及合金的性能及应用： 钛及钛合金是一种比强度高、耐腐蚀、耐高温的高性能材料，适于制造重量
轻，可靠性高的结构，目前广泛应用于航空、航天工业中。在航空航天领域常用 来制造压力容器、贮箱、发动机壳体、卫星壳体、构架、发动机喷管延伸段。
钛及合金扩散焊特点： 焊件表面无需进行特殊的准备和控制
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(四）热等静压扩散焊接设备
近年来，为了制备致密性高的陶瓷及精密形状的构件，热等静压 （简称 HIP）设备逐渐引起行业的重视。在高温施焊的同时，对工 件施加很高的压力，以增加致密性或获得所需的构件形状。一般采 用全方位加压，压力最高可达200 MPa。 该设备可用于粉末冶金、 铸件缺陷的愈合、复合材料制备、陶瓷烧结及精密复杂构件的扩散 焊等。
3．其他分类方法 根据真空室的数量，可以将扩散焊设备分为单室和多室两大类；
根据真空焊接的工位数，又可分为单工位和多工位焊机；根据自动 化程度，可分为手动、半自动和自动程序控制三类。
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二、扩散焊设备的组成
加热系统 加压系统 保护系统 控制系统
要求：加热速度快，焊件受热均匀，可按不同工艺要求进行精确控制 温度。加热方式有间接式和直接式，前者靠外部热源通过辐射和传导 加热，如镍铬电阻丝加热；后者是将电流直接通过焊件本身进行加热， 如利用焊件本身电阻加热，或电磁感应加热。